新教材高中物理第4章能源与可持续发展2能源3环境保护与可持续发展学案教科版必修第三册

能源 环境保护与可持续发展

学习目标：

1．[物理观念]知道能源及其分类，知道能源短缺和环境恶化问题。　

2．[科学态度与责任]增强节约能源和环境保护意识，树立“可持续发展”的意识，培养对开发能源的正确态度。

阅读教材第147页～155页，并梳理必要知识点

一、能源及其分类

1．能源

能够提供人类所需能量的自然资源称为能源。

2．分类

(1)按照基本形态分类

能源通常可分为一次能源和二次能源。

①所谓一次能源是指那些直接取自自然界的未经加工转换的能源，如原煤、原油、天然气、生物燃料、水流、风力、太阳能、地热能、海洋能等。

②二次能源是指由一次能源经过加工、转换而形成的能源，如焦炭、煤气、电能等。

(2)按来源分类

可将能源分为可再生能源和非再生能源。

①水能、风能、太阳能等属于可再生能源。

②煤炭、石油、天然气等属于不可再生能源。

(3)按目前应用广泛程度分类

可分为传统能源和新能源。

①目前普遍使用的煤、石油、天然气属于传统能源。

②核能、地热能、海洋能、太阳能等属于新能源。

二、环境保护与可持续发展

1．发展与能源消耗

特别是第三次科技革命以后，随着技术水平的提高，以及人类对能源消耗问题的重视，各国更加注意减少能源的消耗，大力开发节省能源的新技术和新产业，从而生产力的提高不再单纯依赖于能源的消耗增加，使发展生产力的同时减少能源的消耗成为可能。

2．环境保护与可持续发展

(1)发展离不开能源，如果消耗的能源仍然是以化石能源为主的非再生能源，它们会越用越少，直到枯竭，这样就谈不上可持续发展。只有大量开发利用可再生能源，逐步减少不可再生能源的消耗，才是人类的出路所在。

(2)环境污染与能源的大量消耗有着密切的关系。化石燃料的燃烧产生大量的二氧化碳，二氧化碳是具有温室效应的气体。

(3)环境的破坏不只与能源的过量消耗有关，很多人类的活动都会破坏环境。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)能量被使用后就消失了，所以要节约能源。 (×)

(2)自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用。 (×)

(3)人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源。 (√)

(4)人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造。 (×)

(5)大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化。                            (√)

2．(多选)下列关于能源的说法正确的是(　　)

A．能源是取之不尽，用之不竭的

B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等

C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源

D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大

BC　[尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，D错。]

3．(多选)下列关于能源的说法正确的是(　　)

A．石油、天然气都属于新能源

B．能量耗散不遵循能量守恒定律

C．能量耗散会导致能量品质的降低

D．为了可持续发展，必须节约能源

CD　[石油、天然气属于常规能源，A项错误；能量耗散同样遵循能量守恒定律，但能量耗散导致能量品质降低，B项错误，C项正确；因可用能源正在减少，故为了可持续发展，必须节约能源，D项正确。]

1．能源的分类

①从人类使用能源的先后将能源分为传统能源和新能源。

传统能源：煤炭、石油、天然气等。

新能源：太阳能、沼气、地热能、核能等。

②从能源的来源可分为非再生能源和可再生能源。

非再生能源：用完后在短期内不可能从自然界得到补充的能源，如煤炭、石油、天然气等。

可再生能源：取之不尽、用之不竭的能源，如风能、太阳能、水流能等。

③从对环境的污染情况可分为清洁能源和非清洁能源。

清洁能源：不污染环境的能源，如太阳能、风能、水流能等。

非清洁能源：对人类环境造成污染的能源，如石油、煤等。

2．常规能源与新能源的转化途径

【例1】　(多选)能源可划分为一次能源和二次能源。自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源间接制取的能源称为二次能源。以下说法正确的是(　　)

A．电能是二次能源　　　 B．水力是二次能源

C．天然气是一次能源    D．焦炉气是一次能源

AC　[电能是二次能源，A正确；天然气和水力都是自然界中现成的能源，是一次能源，B错误，C正确；焦炉气是焦炉厂运作生产时产生的衍生物质，故不是一次能源，D错误。]

1．(多选)关于能源的利用，下列说法中正确的是(　　)

A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳和核能的开发并不十分重要

B．能源的利用过程，实质上是能的转化和传递过程

C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气

D．煤、石油和天然气的化学能在利用中不会对环境造成污染

BC　[虽然我国的煤和石油的储量十分丰富，但是它们是化石能源，用完以后不能在短时间内形成，太阳能和核能的开发是十分重要的，故A错误；能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程，故B正确；现在人类社会使用的能源主要是煤、石油、天然气，故C正确；煤、石油、天然气是由古代的动物的遗体在长期地质变迁中形成的。在利于这些能源时会产生大量的二氧化碳和甲烷，易产生温室效应，对环境造成污染，故D错误。]

1．环境问题

(1)温室效应：由于大气中温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成。主要原因是煤炭和石油的大量消耗而产生的废气。

(2)酸雨：大气中的酸性物质，如二氧化硫、氮氧化物等，在降雨过程中溶入雨水，使其成为酸雨。

(3)光化学烟雾：氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质。

(4)浮尘：常规能源燃烧时会产生大量的浮尘。

2．人类与能源的关系

(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志。

(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害。

(3)可持续发展的三个发展方向

①对常规能源合理有效地利用，保留环境与生态平衡。

②开发新型清洁的能源和可再生能源。

③积极研发节能的新技术，提高能源利用效率。

【例2】　二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波辐射到大气层以后被二氧化碳截获，最后使大气升温。大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，不让室内的长波辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法不能成立的是(　　)

A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量二氧化碳，当时地球的温度很高

B．经过漫长的时间，地壳的岩石和二氧化碳发生了化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命

C．由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高

D．现在的地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，使电能和其他形式的能转化为内能

D　[地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律。由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，进而导致当时的地球气温升高，选项A正确；由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使地球上的岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件，选项B正确；由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，选项C正确；生活用电和工业用电使电能向其他形式的能转化，会产生热，但不是温室效应的主要原因，选项D错误。D符合题意。]

2．近年来我国建立了许多风力发电厂，某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的风叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？

[解析]　在t时间内作用于风车的气流质量m＝πr2v·tρ

这些气流的动能为mv2，转变成的电能E＝mv2×10%

所以风车带动发电机的功率为P＝＝πr2ρv3×10%

代入数据得P≈3.4 kW。

[答案]　3.4 kW

1．煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是(　　)

A．可再生能源，取之不尽，用之不竭

B．不可现生能源，用一点，少一点

C．来自太阳辐射的能源

D．污染环境的能源

C　[煤、石油、天然气属于不可再生能源，用一点，少一点，而且其废弃物以及在利用的过程中所放出的气体对自然界造成了很大的污染，如气车尾气、煤烟、煤渣等；而生物质能源取之不尽、用之不竭，只要合理地应用不会对自然界造成污染。因此，选项ABD是错误的，故C正确。故答案为C。]

2．(多选)以下说法中正确的是(　　)

A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能

B．汽油是一种清洁能源

C．水能是可再生能源

D．煤、石油等常规能源是取之不尽，用之不竭的

AC　[煤、石油、天然气是由于树木等经多年埋在地下而形成的，而树木等的生成离不开太阳能，故其最初来源可追溯到太阳能，故A正确；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，故不属于清洁能源，故B错误；水是可以再生的，属于可再生能源，故C正确；煤、石油等常规能源的生成要经历很多年，用完很难再生成，故D错误。]

3．(多选)能源短缺和环境恶化指的是(　　)

A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限度的，这叫能源短缺

B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺

C．煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚在空气中污染空气，使环境恶化

D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气的成分使环境恶化

BD　[常规能源是有限的，用尽后不可能永续，这是能源短缺；环境恶化是指常规能源燃烧后排出的气体污染空气，使生态平衡被破坏等灾害现象，故BD正确。]

4．下列说法不正确的是(　　)

A．根据能量守恒定律，能量不会消失，因此不会出现能源危机

B．相对人类的历史来说，太阳能是取之不尽，用之不竭的

C．节约能源、开发新能源是解决能源危机的有效途径

D．风能是目前能源开发利用中较为理想的清洁能源

A　[能量虽然不会消失，但能量的转化方式有方向性，从而在利用能源时会使能源或能量的品质越来越低，最后不能被我们所利用，故A错误。A符合题意。]

5．能源在“两型”社会的建设中有着重要的意义，节约用电应成为现代公民的行为准则。下列用电方式中属于科学、合理地节约用电的是(　　)

A．家电尽量长时间待机

B．用节能灯替换白炽灯

C．楼道、走廊照明灯尽量不采用声、光控制

D．不要清除冰箱内的冰、霜

B　[待机浪费电，家电尽量不要长时间待机，才属于科学、合理地节约用电，故A错误；用节能灯替换白炽灯，可节约用电，故B正确；楼道、走廊照明灯采用声、光控制，才属于科学、合理地节约用电，故C错误；清除冰箱内的冰、霜，能够提高冰箱的工作效率，才属于科学、合理地节约用电，故D错误。]